TW201639016A - 晶圓的生成方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之課題為提供一種可以有效率地由晶錠生成晶圓 之晶圓的生成方法。 本發明之晶圓的生成方法是由六方晶 體單晶晶錠生成晶圓之晶圓的生成方法，並包含分離起點形成步驟，其是將對六方晶體單晶晶錠具有穿透性之波長之雷射光束的聚光點定位在與晶錠之表面距離相當於生成之晶圓厚度的深度，並且將該聚光點與該六方晶體單晶晶錠相對地移動而將雷射光束照射在晶錠的表面，並形成與表面平行之改質層及從該改質層沿c面伸長之裂隙以形成分離起點。分離起點形成步驟是由第1分離起點形成步驟與第2分離起點形成步驟所構成，該第1分離起點形成步驟是以第1輸出形成分離起點，該第2分離起點形成步驟是重疊於在第1分離起點形成步驟所形成的改質層來照射雷射光束，以使改質層和裂隙乖離，且該雷射光束是在比第1輸出還大的第2輸出，並以使每1脈衝的能量成為與該第1分離起點形成步驟相同的能量的重複頻率來進行照射。

Description

晶圓的生成方法 發明領域
本發明是有關於一種將六方晶體單晶晶錠切片成晶圓狀之晶圓的生成方法。
發明背景
IC、LSI等之各種元件，在以矽等為素材之晶圓的表面積層機能層，並形成於藉由複數條分割預定線在該機能層所區劃之區域中。並且，藉由切削裝置、雷射加工裝置等之加工裝置對晶圓之分割預定線施行加工，而將晶圓分割為一個個的元件晶片，且所分割之元件晶片被廣泛地利用於行動電話、個人電腦等之各種電子機器中。
又，功率元件或LED、LD等之光元件，是在以SiC、GaN等之六方晶體單晶為素材之晶圓的表面積層有機能層，並藉由形成格子狀之複數條分割預定線區劃而形成於所積層之機能層。
形成有元件之晶圓，一般是將晶錠以線鋸切片而生成，並且研磨被切片之晶圓的正反面而加工成為鏡面(參照例如，日本專利特開2000-94221號公報)。
該線鋸是將直徑約100~300μm之鋼琴線等的一 根鋼絲捲繞於通常設置在二~四支的間隔輔助輥上之多數條溝，並以固定的間距配置為互相平行且使鋼絲朝固定方向或雙向行進，以將晶錠切片為複數片晶圓。
然而，以線鋸切斷晶錠，並研磨正反面而生成晶圓時，70~80%的晶錠會被丟棄，而有不符經濟效益的問題。特別是SiC、GaN等之六方晶體單晶晶錠的莫式硬度高，難以用線鋸切斷，花費許多時間而生產性差，而具有有效率地生成晶圓之課題。
為了解決這些問題，在日本專利特開2013-49461號公報中已記載有一種技術，是將對SiC等的六方晶體單晶具有穿透性之波長之雷射光束的聚光點定位在六方晶體單晶晶錠的內部並進行照射，以在切斷預定面形成改質層及裂隙，再賦予外力而將晶圓沿著形成有改質層及裂隙的切斷預定面割斷，以將晶圓由晶錠分離。
此公開公報所記載之技術中，是以使脈衝雷射光束之第1照射點和距離該第1照射點最近的第2照射點成為預定位置的方式，來將脈衝雷射光束之聚光點沿著切斷預定面呈螺旋狀地照射，或直線狀地照射，以在晶錠之切斷預定面形成密度非常高之改質層及裂隙。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2000-94221號公報
專利文獻2：日本專利特開2013-49461號公報
發明概要
然而，專利文獻2記載之晶錠的切斷方法中，雷射光束之照射方法對於晶錠為螺旋狀或直線狀，若為直線狀時，對掃描雷射光束之方向並無任何規定。
專利文獻2記載之晶錠的切斷方法中，將雷射光束之第1照射點及距離該第1照射點最近的第2照射點之間的間距設定為1μm~10μm。此間距是由改質層所產生之裂痕延伸的間距。
如此，由於照射雷射光束時之間距非常小，因此即使雷射光束之照射方法為螺旋狀或者直線狀，仍必須以非常小的間距照射雷射光束，產生無法充分謀求生產性之提升的問題。
本發明是有鑒於此點而作成者，其目的在於提供一種可有效率地由晶錠生成晶圓之晶圓的生成方法。
根據本發明，提供一種晶圓的生成方法，是由六方晶體單晶晶錠生成晶圓，該六方晶體單晶晶錠具有第1面及與該第1面為相反側的第2面、從該第1面到該第2面的c軸、以及與該c軸正交之c面，該晶圓的生成方法之特徵在於具備：分離起點形成步驟，將對六方晶體單晶晶錠具有穿透性之波長的雷射光束的聚光點定位在與該第1面距離相當於生成之晶圓厚度的深度，並且將該聚光點及該六方晶體 單晶晶錠相對地移動來將該雷射光束照射在該第1面，並形成與該第1面平行之改質層及從該改質層伸長之裂隙以形成分離起點；及晶圓剝離步驟，實施該分離起點形成步驟之後，自該分離起點將相當於晶圓厚度的板狀物從該六方晶體單晶晶錠剝離以生成六方晶體單晶晶圓，其中，該分離起點形成步驟包含：改質層形成步驟，該c軸相對於該第1面之垂直線傾斜偏角角度，並在與於該第1面及該c面之間形成偏角之方向正交的方向上，相對地移動雷射光束之聚光點以形成直線狀的改質層；及分度步驟，在形成有該偏角的方向上將該聚光點相對地移動而分度移動預定量，又，該分離起點形成步驟包含：第1分離起點形成步驟，以第1輸出形成分離起點；及第2分離起點形成步驟，重疊於在該第1分離起點形成步驟所形成的改質層來照射雷射光束，以使改質層和裂隙乖離，且該雷射光束是在比第1輸出還大的第2輸出，並使每1脈衝的能量成為與該第1分離起點形成步驟相同的能量的重複頻率下進行照射。
根據本發明的晶圓的生成方法，由第1分離起點形成步驟與第2分離起點形成步驟構成分離起點形成步驟，該第1分離起點形成步驟是以第1輸出形成分離起點，該第2 分離起點形成步驟是重疊於在該第1分離起點形成步驟所形成的改質層來照射雷射光束，以使改質層和裂隙乖離，且該雷射光束是在比第1輸出還大的第2輸出，並使每1脈衝的能量成為與該第1分離起點形成步驟相同的能量的重複頻率下進行照射。
該第2分離起點形成步驟由於重複頻率較大，所以當實施1次第2分離起點形成步驟時，即可在第1分離起點形成步驟所形成的改質層上將雷射光束聚光複數次。從而，可以藉由實施1次雷射光束的重複頻率較大之第2分離起點形成步驟，而使改質層與裂隙乘離。
其結果，可以容易地自分離起點將相當於晶圓厚度的板狀物從六方晶體單晶晶錠剝離而生成六方晶體單晶晶圓。因此，可以充分謀求生產性之提升，並可以充分減低捨棄之晶錠的量且能夠將其抑制在30%左右。
2‧‧‧雷射加工裝置
4‧‧‧靜止基台
6‧‧‧第1滑塊
8、18‧‧‧滾珠螺桿
10、20‧‧‧脈衝馬達
11‧‧‧六方晶體單晶晶錠
11a‧‧‧第1面(表面)
11b‧‧‧第2面(背面)
12‧‧‧加工進給機構
13‧‧‧第1定向平面
14、24‧‧‧導軌
15‧‧‧第2定向平面
16‧‧‧第2滑塊
17‧‧‧第1面之垂直線
19‧‧‧c軸
19a‧‧‧交點
21‧‧‧c面
22‧‧‧分度進給機構
23‧‧‧改質層
25‧‧‧裂隙
26‧‧‧支撐台
27‧‧‧六方晶體單晶晶圓
28、52‧‧‧柱部
30‧‧‧雷射光束照射機構(雷射光束照射手段)
32‧‧‧罩殼
34‧‧‧雷射光束發生單元
36‧‧‧聚光器(雷射頭)
38‧‧‧攝像單元
40‧‧‧雷射振盪器
42‧‧‧重複頻率設定手段
44‧‧‧脈衝寬度調整手段
46‧‧‧功率調整手段
48‧‧‧鏡子
50‧‧‧聚光鏡
53‧‧‧開口
54‧‧‧按壓機構
60‧‧‧水槽
62‧‧‧超音波裝置
64‧‧‧純水
α‧‧‧偏角
A‧‧‧箭頭
D1‧‧‧深度
P‧‧‧聚光點
W1‧‧‧裂隙寬度
W2‧‧‧分度移動之預定量
X1‧‧‧去路
X2‧‧‧返路
Y1‧‧‧形成有偏角α之方向
X、Y、Z‧‧‧方向
圖1是適合用於實施本發明之晶圓的生成方法之雷射加工裝置的立體圖。
圖2是雷射光束產生單元的方塊圖。
圖3(A)是六方晶體單晶晶錠之立體圖；圖3(B)是其正面圖。
圖4是說明分離起點形成步驟之立體圖。
圖5是六方晶體單晶晶錠之平面圖。
圖6是說明改質層形成步驟之示意剖面圖。
圖7是說明改質層形成步驟之示意平面圖。
圖8(A)是說明分度步驟之示意平面圖；圖8(B)是說明分度量之示意平面圖。
圖9是說明晶圓剝離步驟之立體圖。
圖10是所生成之六方晶體單晶晶圓的立體圖。
圖11(A)~(C)是本發明實施形態之分離起點形成步驟的說明圖。
用以實施發明之形態
以下，參照圖式詳細地說明本發明之實施形態。參照圖1，顯示了適合用於實施本發明之晶圓的生成方法之雷射加工裝置2的立體圖。雷射加工裝置2包含有以可在X軸方向上移動之形式搭載於靜止基台4上的第1滑塊6。
第1滑塊6藉由以滾珠螺桿8及脈衝馬達10所構成之加工進給機構12而沿著一對導軌14在加工進給方向(亦即X軸方向)上移動。
第2滑塊16可在Y軸方向上移動地搭載於第1滑塊6。亦即，第2滑塊16藉由以滾珠螺桿18及脈衝馬達20所構成之分度進給機構22而沿著一對導軌24在分度進給方向(亦即Y軸方向)上移動。
第2滑塊16上搭載有支撐台26。支撐台26藉由加工進給機構12及分度進給機構22而可在X軸方向及Y軸方向上移動，並且藉由收容於第2滑塊16中的馬達而旋轉。
靜止基台4豎立設置有柱部28，並且雷射光束照射機構(雷射光束照射手段)30安裝於該柱部28。雷射光束照 射機構30是由收容於罩殼32中之圖2所示的雷射光束發生單元34、及安裝於罩殼32前端的聚光器(雷射頭)36所構成。罩殼32之前端安裝有具備與聚光器36在X軸方向上成行且具有顯微鏡及相機之攝像單元38。
雷射光束發生單元34是如圖2所示，包含振盪產生YAG雷射或YVO4雷射之雷射振盪器40、重複頻率設定手段42、脈衝寬度調整手段44、及功率調整手段46。雖然並無特別圖示，但雷射振盪器40具有布如士特窗(brewster window)，且由雷射振盪器40出射之雷射光束為直線偏光的雷射光束。
藉由雷射光束發生單元34之功率調整手段46而調整至預定功率的脈衝雷射光束被聚光器36之鏡子48反射，進而再藉由聚光鏡50而將聚光點定位於固定在支撐台26之被加工物-即六方晶體單晶晶錠11的內部而進行照射。
參照圖3(A)，顯示為加工對象物之六方晶體單晶晶錠11之立體圖。圖3(B)是圖3(A)所示之六方晶體單晶晶錠11的正面圖。六方晶體單晶晶錠(以下有僅簡稱為晶錠的情形)11是由SiC單晶錠或GaN單晶錠所構成。
晶錠11具有第1面(上表面)11a及與第1面11a相反側的第2面(背面)11b。晶錠11之表面11a為了成為雷射光束之照射面而被研磨成鏡面。
晶錠11具有第1定向平面(orientation flat)13、及與第1定向平面13正交之第2定向平面15。第1定向平面13的長度形成為較第2定向平面15的長度長。
晶錠11具有：相對於表面11a之垂直線17朝第2定向平面15方向傾斜偏角α的c軸19、及與c軸19正交的c面21。c面21相對於晶錠11的表面11a傾斜偏角α。一般來說，六方晶體單晶晶錠11中，與較短的第2定位平面15之伸長方向正交的方向是c軸的傾斜方向。
c面21在晶錠11中，在晶錠11之分子層級上設定為無數個。本實施形態中，偏角α設定為4°。然而，偏角α並不限定於4°，例如可以自由地設定在1°~6°的範圍內來製造晶錠11。
再次參照圖1，靜止基台4的左側固定有柱部52，按壓機構54透過形成於柱部52之開口53而可在上下方向上移動地搭載於該柱部52。
本實施形態之晶圓的生成方法中，如圖4所示，以晶錠11之第2定向平面15成行於X軸方向的方式而以例如蠟或接著劑將晶錠11固定於支撐台26上。
亦即，如圖5所示，使與形成有偏角α之方向Y1正交之方向，換言之，使與c軸19和表面11a之交點19a相對於晶錠11之表面11a的垂直線17存在的方向正交的方向-亦即箭頭A方向，對齊X軸以將晶錠11固定於支撐台26。
藉此，雷射光束可沿著與形成有偏角α之方向正交的方向A掃描。換言之，與形成有偏角α之方向Y1正交的A方向成為支撐台26的加工進給方向。
本發明之晶圓的生成方法中，將由聚光器36出射之雷射光束的掃描方向，作為與晶錠11之形成有偏角α的 方向Y1正交的箭頭A方向是十分重要的。
亦即，本發明之晶圓的生成方法的特徵在於發現了如下情況：藉由將雷射光束的掃描方向設定為如上述之方向，形成於晶錠11內部之從改質層傳播的裂隙會沿著c面21伸長地非常長。
本實施形態之晶圓的生成方法中，首先，實施分離起點形成步驟，前述分離起點形成步驟是將對固定在支撐台26之六方晶體單晶晶錠11具有穿透性波長(例如1064nm之波長)之雷射光束的聚光點，定位在與第1面(表面)11a距離相當於生成之晶圓厚度的深度，並且相對地移動該聚光點及六方晶體單晶晶錠11而將雷射光束照射在表面11a，並形成與表面11a平行之改質層23及從改質層23沿著c面21傳播之裂隙25而作為分離起點。
該分離起點形成步驟包含有改質層形成步驟及分度步驟，前述改質層形成步驟是c軸19相對於表面11a之垂直線17傾斜偏角α角度，並在與c面21和表面11a形成偏角α之方向正交的方向，亦即與圖5之箭頭Y1方向正交的方向-即A方向上，相對地移動雷射光束之聚光點，以在晶錠11的內部形成改質層23及從改質層23沿著c面21傳播之裂隙25；前述分度步驟是如圖7及圖8所示，在形成有偏角的方向上，即Y軸方向上將該聚光點相對地移動而分度移動預定量。
如圖6及圖7所示，當將改質層23在X軸方向上形成為直線狀時，由改質層23的兩側沿著c面21傳播形成有裂 隙25。本實施形態之晶圓的生成方法中，包含分度量設定步驟，是測量由直線狀的改質層23朝c面方向傳播而形成之裂隙25的寬度，並設定聚光點之分度量。
在分度量設定步驟中，如圖6所示，當由直線狀之改質層23朝c面方向傳播而形成於改質層23之單側的裂隙25的寬度設為W1時，分度移動之預定量W2設定為W1以上2W1以下。
在此，較理想之實施形態的雷射加工方法設定如下。
光源：Nd：YAG脈衝雷射
波長：1064nm
重複頻率：80kHz
平均輸出：3.2W
脈衝寬度：4ns
光點點徑：10μm
聚光鏡之數值孔徑((NA)：0.45
分度量：400μm
上述之雷射加工條件中，圖6中，由改質層23沿著c面傳播之裂隙25的寬度W1設定為大約250μm，且分度量W2設定為400μm。
然而，雷射光束之平均輸出並不限定於3.2W，本實施形態之加工方法中，將平均輸出設定於2W~4.5W而得到良好的結果。當平均輸出2W時，裂隙25之寬度W1成為大約100μm，而當平均輸出4.5W時，裂隙25之寬度W1 則成為大約350μm。
平均輸出小於2W及較4.5W大時，因為無法在晶錠11內部形成良好的改質層23，所以照射之雷射光束的平均輸出在2W~4.5W的範圍內較理想，本實施形態中是將平均輸出3.2W的雷射光束照射於晶錠11。圖6中，將形成改質層23之聚光點的距離表面11a的深度D1設定為500μm。
參照圖8(A)，顯示說明雷射光束之掃描方向之示意圖。分離起點形成步驟是在去路X1及返路X2實施，且在去路X1上於六方晶體單晶錠11形成改質層23之雷射光束的聚光點，會在分度移動預定量之後，在返路X2上於六方晶體單晶錠11形成改質層23。
並且，在分離起點形成步驟中，當雷射光束之聚光點的分度移動之預定量設定為W以上2W以下時，將雷射光束之聚光點定位於六方晶體單晶晶錠11直到形成最初之改質層23為止的聚光點的分度量設定為W以下較為理想。
例如，如圖8(B)所示，當雷射光束之聚光點的分度移動之預定量為400μm時，以分度量200μm實施複數次之雷射光束的掃描直至在晶錠11形成最初之改質層23為止。
最初之雷射光束的掃描為空掃，只要確定最初之改質層23已形成於晶錠11內部，就可以設定成分度量400μm而於晶錠11的內部形成改質層23。
如此分度進給預定量，而在晶錠11之全區域的深度D1位置上使複數個改質層23及由改質層23沿著c面21伸 長之裂隙25的形成結束後，就可以實施晶圓剝離製程，從由改質層23及裂隙25所構成之分離起點將相當於應形成之晶圓厚度的板狀物由六方晶體單晶晶錠11分離而生成六方晶體單晶晶圓27。
如圖9所示，這種晶圓剝離製程是在水槽60中載置超音波裝置62，並在此超音波裝置62上搭載已形成有分離起點的六方晶體單晶晶錠11。然後，在水槽60中裝滿純水64，將六方晶體單晶晶錠11浸漬於水槽60的純水64中並且對超音波裝置62施加電壓，以使其產生例如40kHz的超音波振動。
此超音波振動被傳遞到六方晶體單晶晶錠11，以從已形成於晶錠11的分離起點將相當於晶圓的厚度的板狀物剝離，而可以從六方晶體單晶晶錠11生成如圖10所示的六方晶體單晶晶圓27。再者，收容純水64之容器並不限定於水槽60，當然也可使用其他的容器。
作為產生超音波振動的超音波裝置62，可使用例如AS ONE股份公司提供的AS超音波洗淨機US-2R。在此超音波裝置62中，可以產生輸出為80W且40kHz的超音波振動。在晶圓剝離製程中所賦予的超音波振動宜為30kHz~50kHz的超音波振動，較佳為35kHz~45kHz的超音波振動。
其次，參照圖11，詳細地說明本發明實施形態之分離起點形成步驟。如圖11(A)所示，當將雷射光束LB的聚光點P定位在應生成之晶圓的深度上以對晶錠11的表面11a照射雷射光束LB時，聚光點P的周邊會形成改質層23，並 且使裂隙25從改質層23之周圍沿著c面形成為放射狀。
亦即，其為當以預定的重複頻率將第1輸出之雷射光束LB照射於六方晶體單晶晶錠11時，會如圖11(B)所示，將從改質層23和改質層23傳播來之裂隙25沿著c面形成在改質層23的周圍的(第1分離起點形成步驟)。
在本實施形態的分離起點形成步驟中，實施上述第1分離起點形成步驟後，是重疊於在該第1分離起點形成步驟所形成的改質層23上來對六方晶體單晶晶錠11照射下列的雷射光束：比第1輸出還大的第2輸出，且使每1脈衝的能量成為與該第1分離起點形成步驟相同的能量的重複頻率；以如圖11(C)所示，使改質層23和裂隙25乖離而使改質層23兩側的裂隙25彼此相連結。
像這樣，當使裂隙25及改質層23乖離，且使裂隙彼此相連結時，就可以非常容易地實施剝離步驟，並可以容易地自分離起點將相當於晶圓厚度的板狀物從六方晶體單晶晶錠11剝離，而可容易地生成六方晶體單晶晶圓27。
在此，第1分離起點形成步驟的加工條件是例如以下所示。
光源：Nd：YAG脈衝雷射
波長：1064nm
重複頻率：80kHz
平均輸出：3.2W
脈衝寬度：4ns
光點點徑：10μm
聚光鏡之數值孔徑((NA)：0.45
分度量：400μm
加工進給速度：400mm/秒
又，第2分離起點形成步驟的加工條件是例如以下所示。
光源：Nd：YAG脈衝雷射
波長：1064nm
重複頻率：400kHz
平均輸出：16W
脈衝寬度：4ns
光點點徑：10μm
聚光鏡之數值孔徑((NA)：0.45
分度量：400μm
加工進給速度：400mm/秒
11‧‧‧六方晶體單晶晶錠
11a‧‧‧第1面(表面)
23‧‧‧改質層
25‧‧‧裂隙
LB‧‧‧雷射光束
P‧‧‧聚光點

Claims (3)

  1. 一種晶圓的生成方法，是由六方晶體單晶晶錠生成晶圓，該六方晶體單晶晶錠具有第1面及與該第1面為相反側的第2面、從該第1面到該第2面的c軸、以及與該c軸正交之c面，該晶圓的生成方法之特徵在於具備：分離起點形成步驟，將對六方晶體單晶晶錠具有穿透性之波長的雷射光束的聚光點定位在與該第1面距離相當於生成之晶圓厚度的深度，並且相對地移動該聚光點及該六方晶體單晶晶錠來將該雷射光束照射在該第1面，形成與該第1面平行之改質層及從該改質層伸長之裂隙而形成分離起點；及晶圓剝離步驟，實施該分離起點形成步驟之後，從該分離起點將相當於晶圓厚度的板狀物由該六方晶體單晶晶錠剝離以生成六方晶體單晶晶圓，該分離起點形成步驟包含：改質層形成步驟，該c軸相對於該第1面之垂直線傾斜偏角角度，並在與該第1面及該c面之間形成偏角之方向正交的方向上相對地移動雷射光束之聚光點以形成直線狀的改質層；及分度步驟，在形成有該偏角的方向上將該聚光點相對地移動而分度移動預定量，又，該分離起點形成步驟包含：第1分離起點形成步驟，以第1輸出形成分離起點； 及第2分離起點形成步驟，重疊於該第1分離起點形成步驟中所形成的改質層來照射雷射光束，以使改質層和裂隙乖離，且該雷射光束是在比第1輸出還大的第2輸出，並以使每1脈衝的能量成為與該第1分離起點形成步驟相同的能量的重複頻率來進行照射。
  2. 如請求項1之晶圓的生成方法，其中在該晶圓剝離步驟中，是將六方晶體單晶晶錠浸漬於水中並且賦予超音波，以從六方晶體單晶晶錠剝離板狀物而生成六方晶體單晶晶圓。
  3. 如請求項1或2之晶圓的生成方法，其中六方晶體單晶晶錠是選自於SiC晶錠或GaN晶錠。
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